KR20030069692A - Method of Manufacturing Lightweight Aggregate of Apatite Crystal Structure - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A lightweight aggregate having an apatite crystal structure and its preparation method are provided, to prepare lightweight aggregate having excellent physical properties with low cost. CONSTITUTION: The method comprises the steps of mixing 40-60 wt% of the phosphate waste water sludge containing calcium, fluorine and phosphorus and capable of forming an apatite crystal, and 20-60 wt% of a stabilizer containing an enamel sludge containing feldspar; calcining the mixture at a temperature of 900-1,300 deg.C; and pulverizing the calcined one. Preferably the stabilizer comprises 5-15 wt% of enamel sludge; 5-15 wt% of the iron sludge containing calcium and iron; 5-15 wt% of clay; and 5-15 wt% of waste pearlite. Preferably the calcined one is pulverized to a size of 10 mm, 6 mm or 2 mm.

Description

아파타이트 결정을 갖는 경량골재의 제조방법{Method of Manufacturing Lightweight Aggregate of Apatite Crystal Structure}Method of manufacturing lightweight aggregate having apatite crystals {Method of Manufacturing Lightweight Aggregate of Apatite Crystal Structure}

본 발명은 아파타이트 결정을 갖는 경량골재의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인산염 폐수슬러지를 원료로 이용하여 아파타이트 결정을 갖는 인조석의 충진제 및 구조물에 사용되는 경량 골재를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing lightweight aggregates having apatite crystals, and more particularly, to a method for producing lightweight aggregates used in fillers and structures of artificial stones having apatite crystals using phosphate wastewater sludge as a raw material.

지금까지, 건축 및 도목용에 사용되는 경량 골재는 화산석, 질석, 규조토, 제오라이트와 같은 광물을 점토와 같이 혼합하여 고온에서 소성하여 제조하여 왔다. 그러나 이러한 원료는 산출지가 한정되어 있고, 자원이 점점 고갈되고 있는 상태이므로 경량 골재의 제조에 애로점으로 남아 있다.Until now, lightweight aggregates used in building and timber have been manufactured by mixing minerals such as volcanic stone, vermiculite, diatomaceous earth, and zeolite together with clay and firing them at high temperature. However, these raw materials have limited production sites, and resources are increasingly depleted, and thus remain a problem in the production of lightweight aggregate.

대한민국 특허 제0296261호 (발명의 명칭: 인산염 폐수슬러지를 사용한 건자재 및 이의 제조 방법)에서는 인산염 공정에서 배출되는 슬러지를 이용하여 습식 타일과 골재를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 상기 특허에 의하면 인산염 공정에서 배출되는 슬러지를 고온으로 가열하면 하디록시아파타이트(10CaO·3P2O5·OH)와 플루오르 아파타이트(10CaO·3P2O5·F) 결정이 석출되는데, 이 결정은 내열성이 우수하며 인체 중의 뼈와 치아를 구성하는 성분이므로 인체와 친화성이 우수하지만 흡수율이 크고, 압축강도와 인장강도, 곡강도가 떨어지는 단점이 있다. 이를 개선하기 위하여 점토, 장석, 납석, 도석, 카올린, 백토, 플라이애쉬, 실리카, 유약 슬러지 등을 첨가하여 습식 타일과 골재를 제조하는 것이다. 그리고 이들 슬러지를 시멘트 제조 원료로 사용하기도 하는데, 인산염 성분을 함유하고 있으면 시멘트의 물성을 저하시키는 원인이 되므로 전량을 사용하지는 못하고 대부분 매립장에 매립하고 있는 실정이다. 현재까지는 상술한 바와 같은 문제점으로 인하여 인체와 친화성이 우수한 아파타이트 결정을 갖는 폐수 슬러지는 재활용되지 못하고 대부분 매립되고 있는 실정이다.Korean Patent No. 0296261 (name of the invention: a dry material using phosphate wastewater sludge and a method for producing the same) discloses a method of manufacturing wet tiles and aggregates using sludge discharged from a phosphate process. According to the patent, when the sludge discharged from the phosphate process is heated to a high temperature, crystals of hydroxyapatite (10CaO · 3P 2 O 5 · OH) and fluoro apatite (10CaO · 3P 2 O 5 · F) are precipitated, which is heat resistant. This is an excellent component of the human body bones and teeth because it is excellent in affinity with the human body, but the absorption rate is large, there is a disadvantage that the compressive strength, tensile strength, bending strength falls. In order to improve this, clay, feldspar, feldspar, pottery, kaolin, clay, fly ash, silica, glaze sludge, etc. are added to prepare wet tiles and aggregates. In addition, these sludges are also used as raw materials for cement production, but if they contain phosphate components, the properties of the cement may be deteriorated. Until now, due to the problems described above, wastewater sludge having apatite crystals having excellent affinity with human bodies is not recycled, and most of them are landfilled.

특히, 인산염 폐수 슬러지에는 칼슘과 인 성분이 함유되어 있으므로 이들을 고온으로 소성하면 폐수 슬러지에 함유되어 있는 플루오르 이온은 탈기하지 않고 오히려 아파타이트 결정내에 고정화 되어 플루오르 아파타이트가 생성되는데 이들을 물에 용해시키면 아파타이트 결정에 함유되어 있는 플루오르 이온과 칼슘이 조금씩 용해되는 특성을 갖고 있으므로 경량 골재와 같은 구조물에는 사용할 수가 없다는 단점이 있다. 이러한 특성으로 인하여 아파타이트 결정을 갖는 성분을 이용하여 경량 골재와 같은 제품을 제조하기 위해서는 물에 용출되는 성분을 억제하여야 하며, 흡수율을 줄여야 하며, 압축 강도를 증가시켜야 한다.In particular, since phosphate wastewater sludge contains calcium and phosphorus components, calcination at high temperature does not degas the fluorine ions contained in the wastewater sludge, but rather it is immobilized in the apatite crystal to form fluorite apatite. Since fluorine ions and calcium are slightly dissolved, they cannot be used in structures such as lightweight aggregates. Due to these characteristics, in order to manufacture products such as lightweight aggregates using components having apatite crystals, the components eluted in water must be suppressed, the absorption rate must be reduced, and the compressive strength must be increased.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 인산염을 함유하는 폐수 처리 오니에 적절한 안정화제를 첨가하고 로타리 킬런을 사용하여 약 1200℃ 이상의 고온으로 가열하여 우수한 특성을 갖는 경량 골재를 제조하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to add an appropriate stabilizer to the wastewater treatment sludge containing phosphate and to heat to a high temperature of about 1200 ℃ or more using a rotary killer having excellent characteristics It is to manufacture lightweight aggregate.

다시말해서, 본 발명자들은 연구를 거듭하여 특성이 우수한 경량 골재를 제조하기 위하여 적절한 안정화제를 배합함으로써 용출 성분의 억제, 흡수율, 압축 강도 및 경도가 우수한 건축 및 토목용 경량 골재의 제조 방법 및 이와 같은 방법으로 제조된 건축 및 토목용 경량 골재를 개발하였다.In other words, the present inventors have studied and formulated suitable stabilizers to produce lightweight aggregates having excellent properties, and thus, methods for producing lightweight aggregates for construction and civil engineering having excellent suppression, absorption rate, compressive strength and hardness of elution components, and the like. We developed lightweight aggregates for building and civil engineering.

도 1a 내지 1e는 인산염 폐수 슬러지의 소성 온도에 따른 아파타이트 결정의 X선 회절도를 나타낸다.1A to 1E show X-ray diffraction diagrams of apatite crystals according to firing temperatures of phosphate wastewater sludge.

도 2는 인산염 폐수 슬러지를 소성하는 동안 발생하는 무게의 감량과 가스의 발생시간을 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the weight loss and gas generation time generated during firing phosphate wastewater sludge.

도 3은 인산염 폐수 슬러지를 소성하는 동안 발생되는 유해가스의 시간에 따른 분석 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the analysis results over time of harmful gases generated during calcination of phosphate wastewater sludge.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는In the present invention to achieve the above object

아파타이트 결정을 형성할 수 있으며 칼슘, 플루오르 및 인성분이 함유된 인산염 폐수 슬러지 40∼60 중량% 및 장석을 함유하는 유약 슬러지를 포함하는 안정화제 20∼60 중량%를 혼합하는 단계;Mixing from 20 to 60% by weight of a stabilizer comprising 40 to 60% by weight of phosphate wastewater sludge containing calcium, fluorine and phosphorus and glaze sludge containing feldspar, which can form apatite crystals;

얻어지는 혼합물을 900∼1300℃의 온도 범위에서 소성하는 단계; 및Calcining the resulting mixture in a temperature range of 900 to 1300 ° C; And

얻어지는 소성물을 분쇄하는 단계를 포함하는 경량골재의 제조 방법을 제공한다.It provides a method for producing a lightweight aggregate comprising the step of pulverizing the resulting fired product.

특히, 상기 안정화제는 상기 혼합물 총량을 기준으로 할 때 5∼15 중량%의 유약 슬러지, 5∼15 중량%의 칼슘 및 철 성분을 포함하는 철강 슬러지, 5∼15 중량%의 점토 및 5∼15 중량%의 폐펄라이트를 포함하는 것이 바람직하다.In particular, the stabilizer is based on the total amount of the mixture 5 to 15% by weight glaze sludge, 5 to 15% by weight of calcium and iron components, 5 to 15% by weight clay and 5 to 15 It is preferred to include by weight percent waste pearlite.

또한, 상기 혼합물을 로타리 킬런의 폐열을 이용하여 건조시키는 단계를 더 수행하는 것이 바람직하며, 소성을 통하여 얻어지는 소성물은 냉각시킨 후 10mm, 6mm 또는 2mm 크기로 분쇄하여 이용하도록 하는 것이 용이하다.In addition, it is preferable to further perform the step of drying the mixture by using the waste heat of the rotary kill, and it is easy to use the pulverized product obtained through the firing after cooling to a size of 10mm, 6mm or 2mm.

본 발명의 다른 목적은 상기한 방법에 따라 제조되어 가볍고, 흡수율이 낮으며 압축 강도가 높은 경량 골재를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a lightweight aggregate which is manufactured according to the above-described method, which is light, low in water absorption and high in compressive strength.

본 발명에서는 상세하게는 실리콘 웨이퍼, 액정표시장치의 제조 공장, 반도체 공장 또는 인산염 피막 처리를 하는 도장 공장 등에서 배출되며, 실리콘 및 SiO2등으로 구성되어 있는 기재의 표면을 세척하고 난 후에 부생되는 폐수슬러지를 원료로 이용하여 아파타이트 결정을 갖는 인조석의 충진제 및 구조물에 사용되는 경량 골재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In the present invention, in detail, the wastewater discharged from a silicon wafer, a manufacturing plant of a liquid crystal display device, a semiconductor factory, or a coating factory that performs phosphate coating, and the like, is washed off after washing the surface of a substrate composed of silicon and SiO 2 It is to provide a method for producing a lightweight aggregate used in the filler and the structure of artificial stone having apatite crystal using the sludge as a raw material.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

경량화를 유도하기 위하여 여러 가지 방법이 있지만 본 특허에서 제조한 경량 골재는 고온에서 유리질을 형성하여 흡수율을 감소시키며, 발포 역할을 담당하며, Na2SiF6, K2SiF6결정을 형성하여 F-이온의 용출을 방지하기 위하여 장석질로 구성된 유약 슬러지를 첨가하였다.There are various methods to induce weight reduction, but the lightweight aggregate produced in this patent forms glassy at high temperature to reduce the absorption rate, plays a foaming role, and forms Na 2 SiF 6 , K 2 SiF 6 crystals to form F Glaze sludge consisting of feldspar was added to prevent elution of ions.

유약을 도자기나 타일 등에 시유할 때 도자기 등에 부착되면서 일부는 바깥으로 흘러내지는데, 이렇게 바깥으로 흘러내리는 유약은 모아서 폐기처리 하고 있다. 이러한 폐기물을 유약 슬러지라고 하는데, 이 물질은 낮은 온도에서 용융하는 특성으로 인하여 경량 골재의 제조시 소성 온도를 낮추고, 유리질을 형성하여 흡수율을 저하시킴과 동시에 인산염 슬러지에 함유되어 있는 불소 물질의 용출을 방지하는 역할을 하게 된다.When lubricating glazes on porcelain or tiles, some of the glaze is attached to the porcelain and flows out, and the glaze that flows outward is collected and disposed of. These wastes are called glaze sludge, and because they melt at low temperatures, they lower the firing temperature during the production of lightweight aggregates, form glass, lower the absorption rate, and at the same time dissolve the fluorine in the phosphate sludge. To prevent it.

유약 슬러지는 대부분이 장석 성분으로 이루어져 있는데, 특히 아파타이트 내에 함유되어 있는 불소 이온은 장석에 함유되어 있는 Na, K, Si 원소와 반응하여 규불화소다, 규불화칼륨 등을 형성하여 안정화시키게 된다. 이를 통하여 불소 이온이 물에 서서히 용출되어 나오는 것을 방지할 수 있는 것이다.Glaze sludge is mostly composed of feldspar, and especially fluoride ions contained in apatite react with Na, K and Si elements in feldspar to form sodium fluoride and potassium fluoride. Through this, fluorine ions can be prevented from slowly eluting out of water.

이러한 유약 슬러지는 혼합물 총량을 기준으로 할 때 약 5∼15 중량% 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 이는 만약 이의 첨가량이 5 중량% 미만이면 흡수율과 불소의 용출을 방지하는 효과가 미미하고, 15 중량%를 초과하면 용융 온도가 너무 낮아서 소성시 로타리 킬런에 융착되어 배출되지 않으므로 바람직하지 못하기 때문이다. 더욱 바람직하게는 약 8∼12 중량% 범위가 되도록 한다.Such glaze sludge is preferably added in the range of about 5-15% by weight, based on the total amount of the mixture. This is because if the added amount is less than 5% by weight, the effect of preventing the absorption rate and the dissolution of fluorine is insignificant, and if it exceeds 15% by weight, the melting temperature is too low, so it is not preferable because it is not melted and discharged in the rotary kill when firing. . More preferably, it is in the range of about 8 to 12% by weight.

한편, 철사나 파이프와 같은 철강 제품에 아연을 도금하기 위하여는 표면에 부착되어 있는 녹과 불순물을 제거해야 하는데, 이를 위하여 염산과 황산 등에 침지 처리 한다. 이 때 산의 농도가 낮아지면 폐수처리장으로 보내서 처리하게 되는데, 이를 철강 슬러지라고 하는데, 이의 주성분으로 철과 폐수처리 약품인 칼슘으로서 철 성분이 약 60%, 칼슘 성분이 약 30% 정도 함유되어 있다. 철강 슬러지를첨가하면 고온에서 산화철 중에 함유되어 있는 Fe3+이온이 Fe2+로 되면서 발생하는 산소가 기공을 형성하고, 칼슘이 용해하여 기공을 형성하게 된다. 철강 슬러지는 가열하면 발포 역할을 담당하지만 고온으로 가열하면 칼슘과 반응하여 칼슘폐라이트(CaFe2O4) 결정이 되면서 검정색으로 변화하게 된다.Meanwhile, in order to plate zinc on steel products such as wires and pipes, it is necessary to remove rust and impurities adhering to the surface, and for this purpose, it is immersed in hydrochloric acid and sulfuric acid. At this time, when the concentration of acid is lowered, it is sent to a wastewater treatment plant for treatment, which is called steel sludge. The main component is iron and wastewater treatment calcium, which contains about 60% of iron and about 30% of calcium. . When steel sludge is added, oxygen generated as Fe 3+ ions in iron oxide become Fe 2+ at a high temperature to form pores, and calcium is dissolved to form pores. Steel sludge plays a role of foaming when heated, but when heated to high temperature, it reacts with calcium to become calcium wasteite (CaFe 2 O 4 ) crystals and turns black.

이러한 철강 슬러지의 첨가량은 혼합물 총량을 기준으로 할 때 약 5∼15 중량% 범위가 되도록 한다. 이는 만약 이의 첨가량이 5 중량% 미만이면 첨가 효과가 미미하고, 15 중량%를 초과하면 얻어지는 결과물의 검정색 색상이 강학 되어 상품성이 떨어지기 때문이다. 더욱 바람직하게는 약 8∼12 중량% 범위가 되도록 한다.The amount of such steel sludge added is in the range of about 5 to 15% by weight, based on the total amount of the mixture. This is because if the addition amount thereof is less than 5% by weight, the addition effect is insignificant, and if the addition amount is more than 15% by weight, the black color of the resultant product is inferior and the commerciality is inferior. More preferably, it is in the range of about 8 to 12% by weight.

점토는 제품의 제조시 점성을 부여하기 위하여 사용하는 광물이다. 이러한 점토 성분은 혼합물 총량을 기준으로 할 때 약 5∼15 중량% 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약 이의 첨가량이 5 중량% 보다 적으면 점성이 너무 낮아서 고온으로 가열할 때 로타리 킬런이 회전시 형태가 파손되어 가루로 배출되며, 15 중량%를 초과하여 과량으로 사용되면 점성이 너무 높고 제조 경비도 높아져서 경제성이 저하되기 때문이다. 더욱 바람직하게는 약 8∼12 중량% 범위가 되도록 한다.Clay is a mineral used to impart viscosity in the manufacture of products. Such clay components are preferably added in the range of about 5-15% by weight, based on the total amount of the mixture. If the added amount is less than 5% by weight, the viscosity is too low, and when heated to a high temperature, the rotary chel is broken in form and is discharged as powder.When used in excess of 15% by weight, the viscosity is too high and the manufacturing cost is too high. This is because the economic efficiency is lowered. More preferably, it is in the range of about 8 to 12% by weight.

펄라이트는 무게가 가벼운 광물로서 단열재 또는 난연재로 사용되는 물질이다. 광물을 고압 가마에 넣어서 갑자기 대기 중에 노출시키면 부피가 10배 정도 증가하게 된다. 이 때 얻어지는 물질이 펄라이트인데 공정 중에서 부피가 10배 이하로 증가한 물질은 단열재 등으로 사용하지 못하고 폐기된다. 이렇게 폐기되는 물질이 폐펄라이트인데 현재는 거의 사용하지 못하고 방치되어 있는 상태이다. 이러한폐펄라이트는 경량성을 부여하기 위한 성분으로서 첨가량은 혼합물 총량을 기준으로 할 때 약 5∼15 중량% 범위가 되도록 한다. 이는 만약 이의 첨가량이 5 중량% 보다 적으면 첨가 효과가 미미하고, 15 중량%를 초과하면 소성 온도가 상승하고 얻어지는 경량 골재의 강도가 저하하며 흡수율이 증가하기 때문이다. 더욱 바람직하게는 약 8∼12 중량% 범위가 되도록 한다.Pearlite is a lightweight mineral and is used as a heat insulator or flame retardant. When minerals are put in a high pressure kiln and suddenly exposed to the atmosphere, the volume increases by about 10 times. The material obtained at this time is pearlite, but the material whose volume is increased by 10 times or less during the process is discarded without being used as a heat insulating material. The waste material thus discarded is waste pearlite, which has been almost left unused at present. This waste pearlite is a component for imparting lightness, so that the amount added is in the range of about 5 to 15% by weight based on the total amount of the mixture. This is because if the addition amount thereof is less than 5% by weight, the effect of addition is insignificant, and if it exceeds 15% by weight, the firing temperature rises, the strength of the lightweight aggregate obtained decreases, and the absorption rate increases. More preferably, it is in the range of about 8 to 12% by weight.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하지만 실시예들은 본 발명을 제한하거나 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the Examples are not intended to limit or limit the present invention.

<실험예 1>Experimental Example 1

먼저, 인산염 폐수 슬러지의 열적 특성을 살펴보았다. 인산염 폐수 슬러지의 열적 특성과 소성 중에 발생하는 유해 가스의 종류를 확인하기 위하여 X선 회절 분석기와 DTG Mass 측정한 결과를 도1a 내지 1e, 도2 및 도 3에 나타내었다.First, the thermal characteristics of phosphate wastewater sludge were examined. X-ray diffraction analyzer and DTG Mass measurement results are shown in FIGS. 1A to 1E, 2 and 3 to confirm the thermal characteristics of phosphate wastewater sludge and the types of harmful gases generated during firing.

도 1a 내지 1e는 인산염 폐수 슬러지의 소성 온도에 따른 아파타이트 결정의 X선 회절도를 나타낸다. 즉, 폐수슬러지를 100℃(도 1a), 300℃(도 1b), 500℃(도 1c), 700℃(도 1d), 900℃(도 1e)로 소성하였을 때 아파타이트의 결정 생성을 확인한 결과인데, 도 1e에 나타난 그래프를 통하여 900℃에서 아파타이트의 결정이 완전하게 생성된 것을 확인할 수가 있다.1A to 1E show X-ray diffraction diagrams of apatite crystals according to firing temperatures of phosphate wastewater sludge. That is, when the wastewater sludge was calcined at 100 ° C. (FIG. 1A), 300 ° C. (FIG. 1B), 500 ° C. (FIG. 1C), 700 ° C. (FIG. 1D), and 900 ° C. (FIG. 1E), the crystal formation of apatite was confirmed. It can be seen from the graph shown in Figure 1e that the crystal of apatite was completely produced at 900 ℃.

도 2는 인산염 폐수 슬러지를 900℃ 까지 승온시키면서 온도에 따른 중량 감소를 확인하기 위한 TGA(열중량분석) 결과이다. 118℃ 부근에서 일어나는 중량 감소는 부착된 수분의 증발에 의한 결과이며, 603℃ 이전에서 일어나는 중량 감소는슬러지에 함유되어 있는 질소 산화물(NO, NO2)이 분해되면서 일어나는 중량 감소이다. 이를 더욱 더 명확하게 확인하기 위하여 DTG(시차열분석) 결과를 보면 20분과 30분 사이에 두 개의 피크가 나타나는데, 이러한 현상을 통하여 가열후 20분과 30분 사이에 가스가 가장 많이 발생하다가 그 이후에는 거의 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다.2 is a TGA (thermogravimetric analysis) result for confirming the weight loss with temperature while increasing the phosphate wastewater sludge to 900 ℃. The weight loss occurring near 118 ° C is the result of the evaporation of the attached moisture, and the weight loss occurring before 603 ° C is the weight loss that occurs as the nitrogen oxides (NO, NO 2 ) contained in the sludge are decomposed. In order to confirm this more clearly, DTG (differential thermal analysis) results show two peaks between 20 and 30 minutes. This phenomenon generates the most gas between 20 and 30 minutes after heating. It can be seen that it rarely occurs.

도 3은 도 2에서 20분과 30분 사이에 발생하는 가스의 종류를 확인하기 위하여 DTG Mass로 유해 가스를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 그래프를 통하여 분자량이 30과 46인 가스가 다량 유출됨을 확인할 수 있는데 이 가스는 NO와 NO2인 것으로 확인되며 다른 유해 가스는 거의 발생되지 않는다는 것을 알 수 있다. 한편, 폐수 슬러지에는 플루오르 이온(F-)이 다량으로 함유되어 있디만 고온으로 소성하여도 거의 발생되지 않는다는 것을 또한 확인할 수 있다.FIG. 3 is a graph showing the results of measuring harmful gases with DTG Mass in order to confirm the type of gas generated between 20 and 30 minutes in FIG. 2. Through the graph, it can be seen that a large amount of gas having a molecular weight of 30 and 46 is leaked, and this gas is confirmed to be NO and NO 2 , and almost no other harmful gas is generated. On the other hand, it is also confirmed that wastewater sludge contains a large amount of fluorine ions (F ), but hardly occurs even when calcined at a high temperature.

<실시예 1 및 2><Examples 1 and 2>

다음과 같은 조건으로 원료를 조합하여 A 조합은 실시예 1로 하고, B 조합은 실시예 2로 한 다음에 건조과정을 거쳐서 1200℃로 소성한 후에 Agate motar 로 미 분쇄한 후에 20g을 pH=5 산성수 100㎖, 증류수 100㎖에 각각 넣고 30분간 교반시켰다. 여과시켜서 여액에 함유되어 있는 용출 성분을 분석하기 위하여 원자흡수분광기를 사용하여 칼슘 이온을 분석하였고, 이온교환크로마토그라피(Dionex 사)를 이용하여 음이온을 분석한 결과는 표 1과 같다.Combining the raw materials under the following conditions, A combination is set to Example 1, B combination is set to Example 2, and then calcined to 1200 ° C. after drying, and then pulverized with Agate motar to 20 g of pH = 5. 100 ml of acidic water and 100 ml of distilled water were added and stirred for 30 minutes. In order to analyze the elution component contained in the filtrate by filtration, calcium ions were analyzed by using an atomic absorption spectrometer, and the anions were analyzed by ion exchange chromatography (Dionex).

(경량 골재 제조를 위한 원료의 조합비)(Combination ratio of raw materials for light aggregate production)

A 조합: 점토(10%), 인산염슬러지(60%), 철강슬러지(10%), 폐 펄라이트(10%), 유약슬러지(10%)A combination: clay (10%), phosphate sludge (60%), steel sludge (10%), waste pearlite (10%), glaze sludge (10%)

B 조합: 점토(5%), 인산염슬러지(60%), 철강슬러지(10%), 폐 펄라이트(10%), 유약슬러지(15%)B combination: clay (5%), phosphate sludge (60%), steel sludge (10%), waste pearlite (10%), glaze sludge (15%)

<비교예 1 및 2><Comparative Examples 1 and 2>

상술한 실시예 1 및 2와 동일한 방식으로 수행하되 원료의 조합을 하기와 같이 하여 C 조합을 비교예 1로 하고, D 조합을 비교예 2로 하였다. 동일한 방식으로 분석한 결과를 표 1에 나타내었다.In the same manner as in Examples 1 and 2 described above, the C combination was set as Comparative Example 1, and the D combination was set as Comparative Example 2, with the combination of the raw materials as follows. The results analyzed in the same manner are shown in Table 1.

(경량 골재 제조를 위한 원료의 조합비)(Combination ratio of raw materials for light aggregate production)

C 조합: 점토(15%), 인산염슬러지(60%), 철강슬러지(10%), 폐 펄라이트(15%)C combination: clay (15%), phosphate sludge (60%), steel sludge (10%), waste pearlite (15%)

D 조합: 점토(15%), 인산염슬러지(60%), 철강슬러지(10%), 폐 펄라이트(12%), 유약슬러지(3%)D combination: clay (15%), phosphate sludge (60%), steel sludge (10%), waste pearlite (12%), glaze sludge (3%)

원료의 조합비에 따른 경량 골재의 용출 특성Dissolution Characteristics of Lightweight Aggregate According to the Mixing Ratio of Raw Materials 조합비Combination F- F - NO3 - NO 3 - PO4 - PO 4 - Ca2+ Ca 2+ AA 00 00 00 00 BB 00 00 00 00 CC 6.5ppm6.5 ppm 15ppm15 ppm 15ppm15 ppm 5.2ppm5.2 ppm DD 1.5ppm1.5 ppm 6.5ppm6.5 ppm 2.8ppm2.8ppm 1.2ppm1.2 ppm

상기 표 1에 나타난 결과를 보면 주성분인 유약 슬러지를 10% 첨가한 C 조합, 15% 첨가한 D 조합에서는 음이온과 칼슘 이온이 전혀 용출되어 나오지 않는다는 것을 확인할 수가 있다. 반면에, 유약 슬러지를 첨가하지 않는 A 조합과 유약슬러지를 3% 첨가한 B 조합에서는 플루오르 이온과 칼슘 이온이 용출되어 나온다는 것을 확인할 수 있다.In the results shown in Table 1, it can be seen that the anion and calcium ion are not eluted at all in the C combination with 10% glaze sludge as a main component and the D combination with 15%. On the other hand, it can be seen that fluorine ions and calcium ions are eluted from the A combination without glaze sludge and the B combination with 3% glaze sludge.

이 현상은 장석 중에 함유되어 있는 Na와 K, Si 성분이 유리질을 형성함과 동시에 플루오르와 반응하여 난용성 화합물인 Na2SiF6, K2SiF6를 형성하여 아파타이트 결정내에 고정화되기 때문으로 해석된다.This phenomenon is interpreted because Na, K, and Si contained in feldspar form glassy and react with fluorine to form Na 2 SiF 6 and K 2 SiF 6 , which are poorly soluble compounds, and are immobilized in the apatite crystal. .

<실시예 3><Example 3>

경량 골재의 제조Manufacture of lightweight aggregate

자연석의 대용으로 건물의 내, 외장용으로 사용하는 인조석(스톤)을 제조할 때 인조석의 경량화를 유도하기 위하여 발포시멘트, 화산석, 잡석과 같은 골재를 약 80% 정도 사용하는데 발포 시멘트는 비중은 작지만 인조석을 제조할 때 파손되어 인조석의 채색성을 저하시키므로 적당하지가 않고, 화산석은 전량 외국에서 수입하기 때문에 가격이 비싼 단점이 있고, 잡석은 비중이 무거워서 적당하지가 않다. 인조석의 무게가 무거우면 건물에 미치는 하중으로 인하여 건물의 피로도가 증가하고, 인조석이 건물의 벽에서 쉽게 이탈하여 안전 사고를 일으킬 수가 있으므로 인조석의 무게를 경량화하여야 한다.When manufacturing artificial stone (stone) used for building and exterior of buildings as a substitute for natural stone, about 80% of aggregate such as foam cement, volcanic stone, and rubble is used to induce the weight reduction of artificial stone. It is not suitable because it degrades the coloring of artificial stone, and the volcanic stone is imported from a foreign country because the price is expensive, and rubble is not suitable because it is heavy. If the weight of the artificial stone is heavy, the fatigue of the building increases due to the load on the building, and the weight of the artificial stone should be lightened because the artificial stone can easily escape from the wall of the building and cause a safety accident.

실리콘 웨이퍼, LCD, 반도체 제조 과정에서 배출된 인산염 폐수 슬러지를 고온에서 발포시켜 경량화를 유도하기 위하여 다음과 같은 조성으로 조합하여 균일하게 혼합한 후에 로타리 킬런의 폐열을 이용하여 연속적인 건조 과정을 거쳐서 실온에서 1200℃ 까지 1시간 이내에 신속하게 소성하여 약 2배 이상의 부피로 발포된경량 골재를 얻었다. 혼합물의 건조시 로타리 킬런의 폐열을 이용하기 위하여 로타리 킬런에 건조 장치를 부착하여 사용하면 매우 용이하다.In order to induce light weight by foaming the phosphate wastewater sludge discharged from silicon wafer, LCD, and semiconductor manufacturing process at high temperature, it is uniformly mixed in the following composition, followed by continuous drying process using the waste heat of rotary kill. It quickly calcined to 1,200 ° C within 1 hour to obtain a lightweight aggregate foamed to a volume of about 2 times or more. It is very easy to attach a drying device to the rotary killers to use the waste heat of the rotary killers when drying the mixture.

경량화를 유도하기 위하여 여러 가지 방법이 있지만 본 특허에서 제조한 경량 골재는 고온에서 유리질을 형성하여 흡수율을 감소시키며, 발포 역할을 담당하며, Na2SiF6, K2SiF6결정을 형성하여 F-이온의 용출을 방지하기 위하여 장석질로 구성된 유약 슬러지를 첨가하였다.There are various methods to induce weight reduction, but the lightweight aggregate produced in this patent forms glassy at high temperature to reduce the absorption rate, plays a foaming role, and forms Na 2 SiF 6 , K 2 SiF 6 crystals to form F Glaze sludge consisting of feldspar was added to prevent elution of ions.

그리고 고온에서 산화철 중에 함유되어 있는 Fe3+이온이 Fe2+로 되면서 발생하는 산소가 기공을 형성하고, 칼슘이 용해하여 기공을 형성할 수 있도록 철강공장 슬러지를 첨가하였다.And steel sludge was added so that oxygen generated when Fe 3+ ions contained in iron oxide became Fe 2+ at a high temperature to form pores, and calcium dissolved to form pores.

경량 골재를 제조하기 위해 사용된 조합비는 유해 성분의 용출 억제와 경량 골재의 물성을 비교한 결과 표 1의 A 조합이 가장 이상적인 것으로 확인되어 이를 채용하였다.The combination ratio used to prepare the light weight aggregate was compared with the physical properties of the light weight aggregate and the inhibition of dissolution of harmful components, the combination of Table 1 was found to be the most ideal and adopted.

본 실시예에서 사용한 유약 슬러지에는 장석(Feldspar)이 대부분을 차지하고, 철강 공장 슬러지에는 철 성분이 약 60%, 칼슘이 약 30% 함유되어 있었다.The glaze sludge used in this example was composed mostly of Feldspar, and the steel mill sludge contained about 60% iron and about 30% calcium.

약 1200℃ 고온에서 신속하게 소성한 경량 골재를 죠크라샤를 사용하여 1차 분쇄시켜 10mm, 6mm, 3mm 크기로 분쇄하였다. 크기는 원하는 제품의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있으므로 특별히 제한되지 않음은 물론이다.The lightweight aggregate quickly fired at about 1200 ° C. high temperature was first pulverized using jaw crusher and then pulverized into 10 mm, 6 mm, and 3 mm sizes. The size is not particularly limited because it can be appropriately selected according to the type of product desired.

이와 같이 제조된 경량 골재는 흡수성이 2% 였으며, F-이온의 용출이 전혀일어나지 않았고 경량 골재의 비중은 한국건자재 연구소에서 측정한 결과는 다음과 같다.The light weight aggregate produced in this way was 2% absorbent, the elution of F - ion did not occur at all, and the specific gravity of the light weight aggregate measured by the Korea Institute of Building Materials is as follows.

경량 골재의 종류에 따른 비중은 다음과 같았다.Specific gravity according to the type of lightweight aggregate was as follows.

10mm: 1.03, 6mm: 1.10, 3mm: 1.1310 mm: 1.03, 6 mm: 1.10, 3 mm: 1.13

인조석을 제조할 때 대형 인조석은 10mm, 중간 크기는 6mm, 소형은 3mm 크기의 경량 골재를 사용하여 인조석을 제조한 결과 인조석의 중량과 채색성은 화산석과 거의 비슷하였으며 제조 단가는 절반 정도로 절감되었다.When manufacturing artificial stone, artificial stone was manufactured using lightweight aggregates of 10mm in size, 6mm in size, and 3mm in size, and the weight and colorability of artificial stone were almost the same as that of volcanic stone, and the manufacturing cost was reduced by about half.

이상과 같이 본 발명에 의하면 인산염 폐수 슬러지를 재활용하여 경량 골재의 제조를 위하여 사용하므로 폐기물 처리를 위한 별도의 비용 절감은 물론이고 환경 오염도 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since the phosphate wastewater sludge is recycled and used for the production of lightweight aggregate, there is an effect of not only reducing the cost for waste disposal but also greatly reducing environmental pollution.

또한 제조된 경량 골재는 가볍고 흡수율이 낮으며 압축 강도가 높은 우수한 특성을 가질 뿐 아니라 유해한 물질이 용출되지 않기 때문에 인체에 친화적인 건자재의 제조가 가능하게 된다.In addition, the manufactured lightweight aggregate has excellent properties of light weight, low absorption rate, high compressive strength, and harmful substances are not eluted, thereby making it possible to manufacture human-friendly building materials.

이상에서는 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 명확히 인지할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above according to an embodiment of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

Claims (5)

아파타이트 결정을 형성할 수 있으며 칼슘, 플루오르 및 인성분이 함유된 인산염 폐수 슬러지 40∼60 중량% 및 장석을 함유하는 유약 슬러지를 포함하는 안정화제 20∼60 중량%를 혼합하는 단계;Mixing from 20 to 60% by weight of a stabilizer comprising 40 to 60% by weight of phosphate wastewater sludge containing calcium, fluorine and phosphorus and glaze sludge containing feldspar, which can form apatite crystals; 얻어지는 혼합물을 900∼1300℃의 온도 범위에서 소성하는 단계; 및Calcining the resulting mixture in a temperature range of 900 to 1300 ° C; And 얻어지는 소성물을 분쇄하는 단계를 포함하는 경량골재의 제조 방법.Method for producing a lightweight aggregate comprising the step of pulverizing the resulting fired product. 제1항에 있어서, 상기 안정화제는 상기 혼합물 총량을 기준으로 할 때 5∼15 중량%의 유약 슬러지, 5∼15 중량%의 칼슘 및 철 성분을 포함하는 철강 슬러지, 5∼15 중량%의 점토 및 5∼15 중량%의 폐펄라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.The stabilizer according to claim 1, wherein the stabilizer is based on the total amount of the mixture 5 to 15% by weight of glaze sludge, 5 to 15% by weight of calcium and iron components, 5 to 15% by weight of clay And 5 to 15% by weight of waste pearlite. 제1항에 있어서, 상기 혼합물을 로타리 킬런의 폐열을 이용하여 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.The method of claim 1 further comprising the step of drying the mixture using waste heat of a rotary kill. 제1항에 있어서, 상기 소성물은 10mm, 6mm 또는 2mm 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.The method of claim 1, wherein the fired material is milled to a size of 10mm, 6mm or 2mm. 청구항 1항에 따라 제조된 건축 및 토목용 경량 골재.Light weight aggregate for construction and civil engineering made according to claim 1.
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